制糖固廢轉(zhuǎn)化生物有機(jī)肥在甘蔗生產(chǎn)上的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析

程學(xué)朝，玉華香，楊柳青

（1.廣西東門南華糖業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 崇左 532108；2.廣西洋浦南華糖業(yè)集團(tuán)股份有限公司，廣西 南寧 530001）

0 引言

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用生物有機(jī)肥替代化肥，是發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的重要措施。甘蔗制糖過程中產(chǎn)生的固體廢物濾泥、蔗渣灰和蔗髓養(yǎng)分豐富，是生產(chǎn)生物有機(jī)肥的理想有機(jī)原料。制糖過程中產(chǎn)生的濾泥隨意堆放會污染地下水和周圍環(huán)境，未發(fā)酵腐熟的濾泥直接還田會造成燒根，影響農(nóng)作物正常生長，也容易引起作物病蟲害。隨著化肥的大量施用，作物肥料利用率不斷降低，僅靠大量施用化肥提高作物產(chǎn)量的效果有限，還會造成一系列問題，如土壤酸化、板結(jié)、肥力下降，土地和水源受到污染，農(nóng)作物出現(xiàn)中量元素和微量元素缺乏，作物抗病蟲害和自然災(zāi)害能力降低等。生物有機(jī)肥具有改良土壤，培肥地力，使土壤保肥、保水、透氣的作用，長期施用有機(jī)肥能使土壤積累大量有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)，增加大量有益微生物，促進(jìn)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，能改善作物營養(yǎng)，促進(jìn)作物新陳代謝和生長，增加產(chǎn)量，提高品質(zhì)；還能增加優(yōu)勢菌群，減少病原菌，提高作物抗病能力，減少農(nóng)藥使用量。生物肥料主要利用有機(jī)廢棄物作為有機(jī)質(zhì)來源，能減少污染、凈化環(huán)境，有利于生態(tài)循環(huán)。

1 糖廠生產(chǎn)性固體廢物肥料化綜合利用的必要性

1.1 濾泥、蔗渣灰直接還田處置難度日益增加

制糖業(yè)在榨季產(chǎn)生大量的濾泥和蔗渣灰等固體污染物，目前廣西相當(dāng)一部分制糖企業(yè)的處置方法是將濾泥和蔗渣灰作為基肥直接施用于農(nóng)田，對周圍的土壤環(huán)境、水環(huán)境和大氣環(huán)境產(chǎn)生了一定影響。同時，近年來由于當(dāng)?shù)剞r(nóng)民施肥觀念改變、直接施用濾泥容易引發(fā)病蟲害、持續(xù)降雨時無法進(jìn)行濾泥銷售等原因，使得濾泥直接還田的難度不斷增加。

1.2 蔗區(qū)土質(zhì)下降，亟需改良

廣西原料蔗區(qū)部分蔗田已連續(xù)種植甘蔗長達(dá)十余年，由于每年都靠使用化肥來保證甘蔗產(chǎn)量，造成土壤板結(jié)，肥料中的養(yǎng)分固化在土壤里，即使施用再多化肥也由于甘蔗養(yǎng)分吸收效果不良而造成單位產(chǎn)量無法提高，甚至逐年下降，甘蔗含糖量也難以提高。常年使用化肥使土地抵御病蟲害的能力下降，特別是土傳病害較為嚴(yán)重。因此，亟需通過推廣使用生物有機(jī)肥改變土質(zhì)逐年下降的現(xiàn)狀，改良土壤，抑制病蟲害。

1.3 當(dāng)?shù)剞r(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入偏低，亟待提高

為了保證蔗區(qū)農(nóng)民種植甘蔗的積極性，廣西各制糖企業(yè)均與當(dāng)?shù)卣徂r(nóng)簽訂了甘蔗收購合同，明確了甘蔗收購價格，但就目前而言，當(dāng)?shù)卣徂r(nóng)的整體收入水平仍比較低，與種植香蕉、果樹等經(jīng)濟(jì)作物相比，種蔗收益偏低，市場競爭力不足，其主要原因是蔗區(qū)土地面積有限，且甘蔗單位產(chǎn)量較低，因此可以通過施用有機(jī)肥替代化肥來改良當(dāng)?shù)赝寥?，解決農(nóng)作物養(yǎng)分吸收不良的問題，提高甘蔗單產(chǎn)從而增加蔗農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收入。

1.4 糖廠生產(chǎn)性固體廢物肥料化利用可創(chuàng)造循環(huán)經(jīng)濟(jì)效益

糖廠生產(chǎn)性固廢富含有機(jī)質(zhì)，根據(jù)崇左某糖廠實驗室分析數(shù)據(jù)，一般新鮮濾泥有機(jī)質(zhì)含量可達(dá)60%左右，舊濾泥可達(dá)45%左右，蔗渣灰可達(dá)25%左右，蔗渣可達(dá)90%左右，是生產(chǎn)生物有機(jī)肥的理想原料。以濾泥、蔗渣灰和蔗髓為主要原料，生產(chǎn)新一代環(huán)保型生物有機(jī)肥，能變廢為寶，提高綜合利用水平，無形中拉長了糖廠的產(chǎn)業(yè)鏈條，使糖業(yè)生產(chǎn)形成循環(huán)閉合的生態(tài)系統(tǒng)，即土地種植甘蔗—甘蔗用來制糖—制糖固體廢物用來生產(chǎn)肥料—肥料用來培肥土壤，可創(chuàng)造循環(huán)經(jīng)濟(jì)效益。

2 糖廠生物有機(jī)肥主要生產(chǎn)工藝及技術(shù)要點(diǎn)

2.1 糖廠固廢生產(chǎn)生物有機(jī)肥技術(shù)成熟

以濾泥、蔗渣灰和蔗髓為主要原料生產(chǎn)生物有機(jī)肥技術(shù)成熟，廣西和云南的制糖企業(yè)都有利用濾泥生產(chǎn)生物有機(jī)肥的成功經(jīng)驗，且已經(jīng)過多年的生產(chǎn)及推廣應(yīng)用。利用生物發(fā)酵劑發(fā)酵濾泥效果好，處理過程未造成污染物轉(zhuǎn)移，提高了糖廠固體廢物的綜合利用水平，所制生物有機(jī)肥能改良土壤，提高土質(zhì)，促進(jìn)甘蔗增產(chǎn)、增收。

2.2 生產(chǎn)工藝主要流程

首先對原料進(jìn)行預(yù)處理，濾泥和蔗渣灰通過自然堆放晾曬使水分降到60%以下，檢測濾泥和蔗渣灰的有機(jī)質(zhì)含量后混入約10%的蔗髓，并按比例加入發(fā)酵菌劑送入發(fā)酵大棚進(jìn)行生物發(fā)酵。定期檢測發(fā)酵溫度，利用翻堆機(jī)進(jìn)行翻堆混勻及降溫，發(fā)酵溫度控制在55～70 ℃，同時利用翻堆機(jī)進(jìn)行翻堆供氧，避免厭氧發(fā)酵；間隔約24 h翻堆1次。經(jīng)30～40 d發(fā)酵，使物料含水率降到25%～35%，生產(chǎn)出成熟物料。成熟物料經(jīng)過生物粉碎機(jī)粉碎后，進(jìn)入篩分機(jī)篩選出合格物料進(jìn)入混合機(jī)，經(jīng)添加一定比例的菌種后進(jìn)行定量包裝出廠（粉劑包裝），或進(jìn)入造粒機(jī)進(jìn)行造粒后包裝出廠（顆粒包裝），篩分機(jī)篩上物返回混合工段或發(fā)酵工段繼續(xù)處理。

2.3 發(fā)酵工藝控制要點(diǎn)

濾泥、蔗渣灰和蔗髓等原料好氧發(fā)酵處理的關(guān)鍵就是促使微生物發(fā)酵過程能快速順利進(jìn)行并將物料熟化，主要是控制好以下參數(shù)。

2.3.1 供氧量

供氧不足會造成大量微生物死亡，減緩分解速度；但空氣量過大又會使溫度降低，不利于高溫菌的氧化分解，因此供氧量要適當(dāng)，采用翻堆自然供氧。

2.3.2 原料含水率

原料的含水率對發(fā)酵過程影響很大，水分太低會妨礙微生物的繁殖，使分解反應(yīng)減緩甚至停止，而水分過高則會導(dǎo)致原料內(nèi)部空隙被水充滿，空氣量減少，形成厭氧狀態(tài)。且過多的水分蒸發(fā)會帶走大部分熱量，使發(fā)酵過程達(dá)不到要求溫度，抑制高溫菌的降解活性，影響發(fā)酵效果，原料的含水率在50%～60%為宜。

2.3.3 pH

pH是微生物生長的重要條件，在發(fā)酵初期，由于酸性細(xì)菌的作用，pH降到5.5～6.0，使堆肥物料呈酸性，而后以酸性物為養(yǎng)料的細(xì)菌生長繁殖會使pH上升，發(fā)酵結(jié)束后物料pH一般上升到8.0～9.0。

2.3.4 發(fā)酵溫度

根據(jù)菌種的發(fā)酵溫度要求將發(fā)酵溫度控制在適合的范圍內(nèi)，一般菌種要求發(fā)酵溫度控制在60～70 ℃，嚴(yán)禁超出70 ℃，溫度過高會造成大量微生物死亡。采用翻堆控制發(fā)酵溫度，一般發(fā)酵前10 d每48 h翻料1次，發(fā)酵10 d后，間隔24 h翻料1次，經(jīng)過30～40 d發(fā)酵，使物料水分降至25%～35%即可收料。

3 產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

以濾泥、蔗渣灰和蔗髓為主要原料生產(chǎn)的生物有機(jī)肥，產(chǎn)品質(zhì)量執(zhí)行農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY 884—2012《生物有機(jī)肥》，該標(biāo)準(zhǔn)主要產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)要求如表1所示。也可根據(jù)客戶的需求，添加一定比例的磷酸二銨、氯化鉀、尿素等化肥提高肥料總養(yǎng)分至6%～10%，從而提高施肥效果。

4 施用生物有機(jī)肥對蔗地土壤的修復(fù)功效

4.1 施用生物有機(jī)肥對蔗地土壤理化性質(zhì)的影響

過度使用化肥是造成蔗地土壤中鹽和重金屬污染的主要原因。地塊連續(xù)種植同一作物會造成土壤緊實和蓄水能力降低等，導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降。而生物有機(jī)肥集環(huán)保和經(jīng)濟(jì)于一身，近年來在土壤改良中的應(yīng)用越來越多。與常規(guī)耕作相比，施用生物有機(jī)肥使土壤pH從5.64提升到6.04，緩解土壤酸化；使土壤氮、磷、鉀含量分別提升9.88%、21.39%和7.99%，改善土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)條件；土壤孔隙增加5.66%～8.30%，改善連作土壤的物理和水力特性［1］。在肥料中添加有益微生物菌劑能促進(jìn)元素循環(huán)，協(xié)調(diào)土壤水、肥、氧氣和溫度間的矛盾，激發(fā)土壤活性；增強(qiáng)土壤酶活性，促進(jìn)作物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用，提高作物抗性，減少病蟲害危險；提高土壤孔隙度，使土壤結(jié)構(gòu)疏松，利于作物根系延伸，促進(jìn)作物更好生長［2］。在生物有機(jī)肥中添加芽孢桿菌能減少土壤含氮量，提高土壤速效磷和堿解氮含量［3］。

4.2 施用生物有機(jī)肥影響蔗地土壤微生物群落

微生物是蔗地土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，參與土壤養(yǎng)分循環(huán)和有機(jī)質(zhì)分解等一系列土壤生化反應(yīng)。土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和特異性影響耕地的生態(tài)功能和生產(chǎn)力水平。農(nóng)資使用和耕作方式等人類生產(chǎn)活動會影響土壤微生物群落的分布和功能。與化肥相比，有機(jī)肥改善了土壤微生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)。生物有機(jī)肥中的有益菌可參與生態(tài)系統(tǒng)的多個生化活動，包括有機(jī)質(zhì)分解、養(yǎng)分循環(huán)、植物生長和病害防護(hù)等，調(diào)節(jié)根際微生物群落的多樣性，影響植物根際微生態(tài)，對耕地產(chǎn)生正向生態(tài)反饋。在土壤中施加生物有機(jī)肥還可促進(jìn)共生微生物的生長繁殖，促使植物與細(xì)菌和真菌協(xié)同作用，共同改善生存環(huán)境，促進(jìn)植物生長，增強(qiáng)植物對環(huán)境脅迫的適應(yīng)性。添加生物有機(jī)肥可增加菌群的豐富度和多樣性，使腐生菌豐度平均增加22.55%～76.09%，動物致病菌平均減少28.61%～73.84%；施用生物有機(jī)肥輔以土壤熏蒸除菌技術(shù)，能降低有害真菌子囊菌和鐮刀菌的豐度，提高土壤有益微生物腎小球菌、孢霉菌、腐質(zhì)霉和芽孢桿菌的相對豐度，有利于作物生長發(fā)育，緩解農(nóng)作物連作障礙［1］。生物有機(jī)肥和硅肥作為改良劑可以提高土壤微生物活性，增加土壤養(yǎng)分的有效性。施用生物有機(jī)肥還可提高土壤有機(jī)碳含量，增加nir S型反硝化菌的豐度，加速土壤氮元素流通，從而提高土壤生產(chǎn)力［3］。

4.3 生物有機(jī)肥促進(jìn)蔗地土壤可持續(xù)利用

為了提高甘蔗單位產(chǎn)量，在甘蔗生產(chǎn)過程中蔗農(nóng)常密集施用化肥、農(nóng)藥和除草劑等，但長此以往，將導(dǎo)致蔗地土壤質(zhì)量下降和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)功能紊亂，嚴(yán)重影響蔗地可持續(xù)發(fā)展。將糖廠制糖產(chǎn)生的濾泥、蔗渣灰和蔗髓等有機(jī)廢物與土壤改良劑等一起制成有機(jī)肥料，再添加有益微生物菌劑制成生物有機(jī)肥料，既可替代化肥提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，又可減少生態(tài)污染，從而實現(xiàn)高產(chǎn)和環(huán)保的雙贏。施用生物有機(jī)肥后，一方面微生物通過多種機(jī)制促進(jìn)植物生長，提升作物品質(zhì)；另一方面植物根系通過光合作用釋放碳滲出物為微生物提供養(yǎng)分，實現(xiàn)植物—微生物共生，促進(jìn)土壤可持續(xù)利用。研究表明，在肥料中添加PGPB菌株對重金屬和有機(jī)化合物污染的土壤有明顯的修復(fù)作用，施用生物有機(jī)肥DNBF32可通過調(diào)節(jié)土壤菌群結(jié)構(gòu)和數(shù)量促進(jìn)除草劑阿特拉津的降解，實現(xiàn)土壤污染修復(fù)，保持土壤肥力；生物有機(jī)肥料還能減少耕地中碳排放，緩解溫室效應(yīng)［4］。

5 生物有機(jī)肥的施肥效果

施用生物有機(jī)肥主要是改良土壤，解決甘蔗養(yǎng)分吸收不良的問題。采用生物有機(jī)肥替代部分化肥進(jìn)行施肥后，蔗區(qū)甘蔗增產(chǎn)、增糖效果明顯。前人研究蔗地增施生物有機(jī)肥的結(jié)果表明，增施生物有機(jī)肥可促進(jìn)甘蔗增產(chǎn)10.865～22.585 t/hm2，增產(chǎn)率為15.02%～31.22%；蔗糖分增加0.41%～1.01%（絕對值），增產(chǎn)、增糖效果顯著［5］。據(jù)了解，崇左市某制糖企業(yè)的主要做法是整個甘蔗種植期采用“3+2”模式，即每畝（0.067 hm2）蔗地施用約3包生物有機(jī)肥配合2包高養(yǎng)分甘蔗專用藥肥（總養(yǎng)分為36%～45%），代替原先施用4包高養(yǎng)分甘蔗專用藥肥。另外，由于生物有機(jī)肥每噸售價一般在1000元以下，而高養(yǎng)分甘蔗專用藥肥的每噸售價平均為3500～4200元，施用生物有機(jī)肥可顯著降低蔗農(nóng)的施肥成本，經(jīng)測算，每畝（0.067 hm2）蔗地可降低施肥成本約200元。

6 結(jié)語

目前我國生物肥料產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模，已成為農(nóng)業(yè)生物產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。國家產(chǎn)業(yè)政策對生物肥料行業(yè)發(fā)展給予了足夠的重視和支持，國家在科研資金和產(chǎn)業(yè)化示范項目建設(shè)上的支持力度也是空前的，這也是促進(jìn)我國肥料行業(yè)發(fā)展的有利因素。糖廠生產(chǎn)性固廢富含有機(jī)質(zhì)，是生產(chǎn)生物有機(jī)肥的理想原料，以濾泥、蔗渣灰和蔗髓為主要原料生產(chǎn)生物有機(jī)肥技術(shù)成熟，施用生物有機(jī)肥對蔗地土壤有明顯的修復(fù)功效，糖廠生產(chǎn)性固廢制成生物有機(jī)肥還田不僅提高了糖廠生產(chǎn)性固廢的綜合利用水平，減少了環(huán)境污染，創(chuàng)造循環(huán)經(jīng)濟(jì)效益，同時對甘蔗增產(chǎn)、增糖起到明顯促進(jìn)作用，經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著。目前廣西制糖企業(yè)生產(chǎn)性固廢肥料化綜合利用水平還比較低，相當(dāng)一部分制糖企業(yè)對濾泥和蔗渣灰的處置還是以直接還田為主。隨著我區(qū)環(huán)保政策對糖廠生產(chǎn)性固廢的處置要求越來越高，濾泥和蔗渣灰直接還田的處置方式也會被逐步淘汰。可以預(yù)見，糖廠生產(chǎn)性固廢制成生物有機(jī)肥，在新形勢下將會有較大的發(fā)展空間，必將成為糖廠生產(chǎn)性固廢處置利用的主要方式，在促進(jìn)我區(qū)環(huán)境保護(hù)水平的提高和甘蔗增產(chǎn)、增糖方面發(fā)揮更大作用。